发电频率控制制造技术

本申请涉及发电频率控制。本申请提供一种太阳能发电系统(10)，包括控制系统(20)和耦合到光伏(PV)模块(14)并用于向电力网络(18)供电的DC到AC变换器(16)。控制系统包括：功率点跟踪器(22)，用于提取从PV模块可获得的最大功率或小于从PV模块可获得的最大功率的功率；频率监视器(24)，用于从电力网络获得网络频率；内部参考系元件(26)，用于提供太阳能发电系统的内部参考频率；频率比较器(28)，用于比较网络频率和内部参考频率；以及命令信号发生器(30)，用于使用频率比较来确定是否命令的输出功率的瞬变上升或下降是有保证的并且提供命令信号。

【技术实现步骤摘要】

一般来说，本文公开的主题涉及太阳能发电系统，更具体地说，涉及太阳能发电系统的频率控制。
技术介绍
由于传统的发电设备(例如同步发电机)的电网耦合的转动惯量和调速器控制， 这类设备自然地响应频率扰动。太阳能发电设备目前不具有同步发电机的频率调节能力。太阳能发电系统具有产生电能的光伏(PV)模块。为向电网馈送电能，电力电子元件用于功率调节。在一个示例中，电力电子元件包括通过直流(DC)链路背对背连接的DC 到DC变换器和DC到交流(AC)逆变器。随着新的电网导则被开发用于太阳能发电系统，以及随着太阳能的市场渗透级别的增加，太阳能的易变性正变得不太被公用事业公司接受。例如，公用事业公司正在强加或预期强加有关功率变化率限制、缩减和频率稳定的要求。频率稳定涉及稳定电网频率。公用事业系统的公知特点是当负载超过发电时电网频率趋向下降而当发电超过负载时电网频率趋向上升。当电网经受在发电与负载之间的平衡方面的突然改变时，这种下降或上升可以单调方式、振荡方式或者二者结合的方式发生。在这类系统的设计中考虑的是实现补偿这种下降或上升的任何方法应该是不导致电网振荡加剧的方法。使太阳能发电系统能够提供频率稳定能力以便增加系统耦合到的电力网的稳定性和可靠性会是所希望的。
技术实现思路
简言之，根据本专利技术的一个实施例，太阳能发电系统包括耦合到光伏(PV)模块并用于向电力网络供电的DC到AC变换器；以及控制系统，包括功率点跟踪器，用于提取从PV模块可获得的最大功率或小于从PV模块可获得的最大功率的功率；频率监视器，用于从电力网络获得网络频率；内部参考系元件，用于提供太阳能发电系统的内部参考频率； 频率比较器，用于比较网络频率和内部参考频率；以及命令信号发生器，用于使用频率比较来确定是否命令的输出功率的瞬变上升或下降是有保证的并且提供命令信号。根据本专利技术的另一个实施例，太阳能发电系统包括用于从PV模块接收电力并向电力网络供电的DC到AC变换器，其中DC到AC变换器沿电力线耦合到电力网络；能量存储单元，通过附加电力变换器耦合到电力线，用于当需要支持电力网络的频率稳定时供应或吸收能量；以及控制系统。控制系统包括功率点跟踪器，用于提取从PV模块可获得的最大功率或小于从PV模块可获得的最大功率的功率；频率监视器，用于从电力网络获得网络频率；内部参考系元件，用于提供太阳能发电系统的内部参考频率；频率比较器，用于比较网络频率和内部参考频率；以及命令信号发生器(30)，用于当网络频率与内部参考频率相差比较限制时提供命令信号来调整命令的输出功率、能量存储单元的能量供应或吸收、或者二者。根据本专利技术的另一个实施例，提供一种用于操作太阳能发电系统的方法，太阳能发电系统包括光伏(PV)模块和用于向电力网络供电的耦合到PV模块的DC到AC变换器。 该方法包括使用功率点跟踪器元件来提取从PV模块可获得的最大功率或小于从PV模块可获得的最大功率的功率；从电力网络获得网络频率；提供太阳能发电系统的内部参考频率；比较网络频率和内部参考频率；以及使用频率比较来确定是否命令的输出功率的瞬变上升或下降是有保证的并且提供命令信号。附图说明当参考附图阅读下面的详细描述时，本专利技术的这些和其他特征、方面以及优点会变得更好理解，全部附图中相似的符号表示相似的部分，其中图1是根据一个实施例的、包括与单独的光伏模块关联的能量存储单元的太阳能发电系统的框图。图2是根据另一个实施例的、包括与多个光伏模块关联的集中式能量存储单元的太阳能发电系统的框图。图3和图4是用于图1和图2的实施例的内部参考系单元的实施例的框图。 具体实施例方式除非另有定义，本文使用的技术和科学术语与本专利技术所属领域的技术人员通常所理解的具有相同的含义。本文使用的术语“第一”、“第二”、“另一个”及诸如此类，不表示任何次序、数量或重要性，而是用来区别一个元件与另一个。术语“一”和“一个”并不表示数量的限制，而是表示至少一个所指项目的存在。还有，两个元件“耦合”并不表示直接耦合的限制，而可以包括通过附加元件的耦合。为尽力提供这些实施例的简明的描述，本说明书中可能没有描述实际实现的全部特征。应当理解，在任何这种实际实现的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多实现特定的决定以实现开发者的具体目标，例如顺应系统有关和商业有关的约束，这可以随实现而变化。而且，应当理解，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但是会成为从本公开受益的技术人员的设计、加工和制造的例行工作。参考图1，在一个实施例中，太阳能发电系统10包括用于从光伏(PV)模块14接收电力的DC到DC变换器12、耦合到DC到DC变换器12并用于向电力网络18供电的DC到 AC变换器16以及控制系统20。控制系统20可包括功率点跟踪器22，用于控制DC到DC 变换器12和DC到AC变换器16中的至少一个，并提取从PV模块14可获得的最大功率或小于从PV模块14可获得的最大功率的功率；频率监视器M，用于从电力网络18获得网络频率；内部参考系元件26，用于提供太阳能发电系统10的内部参考频率；频率比较器28， 用于比较网络频率和内部参考频率；以及命令信号发生器30，用于使用频率比较来确定是否命令的输出功率的瞬变上升或下降是有保证的和/或是否从能量存储单元32获得电力或向能量存储单元32输送电力是有保证的。命令发生器使用该确定来提供命令信号。PV模块14通常包括多个光伏电池，并且可以包括单个PV模块或者多个PV模块的阵列或列。虽然为了示例起见示出DC到DC变换器12，但DC到DC变换器12并不是必需的并且在一些单级的(single stage)实施例中会被省略。当包括DC到DC变换器12时，DC到DC变换器12被控制以便在DC链路38维持恒定的DC电压，并且通过DC链路38将 DC到AC变换器16耦合到DC到DC变换器12。DC到AC变换器16可包括例如三相变换器或者多个单相变换器。DC到DC变换器12和DC到AC变换器16相互耦合并且沿着电力线 36耦合到电力网络，电力线36包括线路、电缆或者耦合各种电力元件的其他连接器并最终将PV模块14耦合到电力网络18。例如，DC到AC变换器16通常通过电力变压器42耦合到电力网络18。变压器42通常包括可由多个DC到AC变换器16共享的升压变压器(例如图2所示)。电力网络18可包括例如公用电网或者连接发电机和负载的任何其他系统。频率监视器M可以使用任何适当的直接或间接的检测技术来获得网络频率。在一个实施例中，频率监视器M包括或者获得来自位于电力线36的直接耦合到电力网络的部分之上的频率传感器44的数据。在其他实施例中，频率传感器可改为沿着电力线36位于较靠近PV模块14的位置，例如在DC到AC变换器16和变压器42之间，在这类实施例中使用一些附加的计算以使用在电力线36之上那个较早位置的值来估算在电力网络18的值。内部参考系元件沈提供太阳能发电系统10的内部参考频率。内部参考频率可通过许多技术中的任何一种获得，其精确性随技术而改变。图3和图4中示出若干示例。图 3是用于从功率命令和测量的功率信号的比较(来自元件48)的积分获得内部频率的元件 46的图示。图4是在闭环反馈中包括用于与网络频率进行比较(通过元件54)的具有时间常数的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种太阳能发电系统（１０），包括：ＤＣ到ＡＣ变换器（１６），耦合到光伏（ＰＶ）模块（１４）并用于向电力网络（１８）供电；控制系统（２０），包括：功率点跟踪器（２２），用于提取从所述ＰＶ模块可获得的最大功率或小于从所述ＰＶ模块可获得的最大功率的功率；频率监视器（２４），用于从所述电力网络获得网络频率；内部参考系元件（２６），用于提供所述太阳能发电系统的内部参考频率；频率比较器（２８），用于比较所述网络频率和所述内部参考频率；以及命令信号发生器（３０），用于使用频率比较来确定是否命令的输出功率的瞬变上升或下降是有保证的并且提供命令信号。

【技术特征摘要】
2010.02.26 US 12/7137171.一种太阳能发电系统(10)，包括DC到AC变换器(16)，耦合到光伏(PV)模块(14)并用于向电力网络(18)供电； 控制系统(20)，包括:功率点跟踪器0 ，用于提取从所述PV模块可获得的最大功率或小于从所述PV模块可获得的最大功率的功率；频率监视器(M)，用于从所述电力网络获得网络频率； 内部参考系元件( )，用于提供所述太阳能发电系统的内部参考频率； 频率比较器( )，用于比较所述网络频率和所述内部参考频率；以及命令信号发生器(30)，用于使用频率比较来确定是否命令的输出功率的瞬变上升或下降是有保证的并且提供命令信号。2.如权利要求1所述的太阳能发电系统，其中，所述DC到AC变换器沿着电力线(36) 耦合到所述电力网络，其中，所述太阳能发电系统还包括通过附加电力变换器(34)耦合到所述电力线的能量存储单元(3 ，以及其中，所述控制系统还配置用于当需要支持所述电力网络的频率稳定时向所述附加电力变换器提供切换命令，以从所述能量存储单元获得能量或向所述能量存储单元供应能量。3.如权利要求2所述的太阳能发电系统，还包括将所述PV模块耦合到所述DC到AC变换器的DC到DC (12)变换器，以及其中，所述附加电力变换器包括耦合到所述DC到DC变换器和所述DC到AC变换器之间的DC链路(38)的附加DC到DC变换器。4.如权利要求1所述的太阳能发电系统(110)，还包括耦合到附加DC到AC变换器00) 的能量存储单元(132)，其中，所述控制系统还配置用于当需要支持所述电力网络的频率稳定时为所述附加DC到AC变换器提供切换命令，以从所述能量存储单元提取附加能量或向所述能量存储单元提供能量。5.如权利要求1所述的太阳能发电系统，其中，所述控制系统配置成在正常操作条件期间以缩减模式操作，而在瞬变不稳定频率条件期间向所述功率点跟踪器提供来自所述命令信号发生器的命令信号以增加或减少输出功率的量，来支持所述电力网络的频率稳定。6.如权利要求1所述的太阳能发电系统，其中，所述内部参考系元件包括用于从功率命令和测量的功率信号的比较的积分获得所...

【专利技术属性】
技术研发人员：KA奥布里恩，RW德梅里科，OJS施伦滋，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US